第十四章 眼睛

第十四章眼睛第一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.眼睛的視角

物體在網(wǎng)膜上所成象的大小決定于物體對(duì)人眼的張角，稱之為視角。

同一位置，不同大小的物視角不同；同一物體，不同位置視角不同；4.眼睛的缺陷及校正正常眼：遠(yuǎn)點(diǎn)在無(wú)限遠(yuǎn)，水晶體的像方焦點(diǎn)F′在視網(wǎng)膜上。近視眼：F′在視網(wǎng)膜前，戴負(fù)透鏡校正。正常眼：F′在視網(wǎng)膜后，戴正透鏡校正。視度：非正常眼遠(yuǎn)點(diǎn)距離的倒數(shù)，R＝1/r（單位：折光度）視網(wǎng)膜上兩個(gè)像大小的比值等于相應(yīng)的兩個(gè)視角正切的比值。眼鏡片的像方焦點(diǎn)正好和非正常眼的遠(yuǎn)點(diǎn)重合。第二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日4.極限分辨角

所能辨別靠近的兩個(gè)點(diǎn)的極限值稱為分辨率。這剛能被眼睛分辨開(kāi)的兩個(gè)點(diǎn)對(duì)眼睛的物方節(jié)點(diǎn)所張的角度，稱為極限分辨角。眼睛的分辨率和極限分辨角成反比。

由衍射理論：若取λ=0.00055mm，則眼睛的極限分辨角為：

5.視角放大率Γ

目視光學(xué)儀器是幫助人眼擴(kuò)大視覺(jué)功能的，它的作用大小用視角放大率來(lái)描述。

視網(wǎng)膜上像的大小和視角的正切成正比，因此，把同一目標(biāo)用儀器觀察的視角ω儀和人眼直接觀察的視角

ω眼二者正切之比稱為目視光學(xué)儀器的“視角放大率”。

視角放大率實(shí)際表示了用儀器觀察和用人眼直接觀察時(shí)，視網(wǎng)膜上像的大小之比，它描述了儀器放大作用的大小。第三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日§14－3放大鏡一、放大鏡的放大率

注：目視光學(xué)儀器目鏡的工作原理和視角放大率的計(jì)算與放大鏡完全相同。第四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日二、放大鏡的光束限制和視場(chǎng)注：放大鏡的視場(chǎng)與放大率、放大鏡口徑、觀察距離有關(guān)。第五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日§14－4顯微系統(tǒng)一、顯微鏡的成像原理及視角放大率

第六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日例：用兩個(gè)焦距都是50mm的正透鏡組成一個(gè)10倍的顯微鏡，問(wèn)物鏡、目鏡的倍率及物鏡和目鏡之間的間隔？第七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日二、顯微鏡的光束限制

1.孔徑光闌：a.單組低倍顯微物鏡，鏡框是孔徑光闌；

b.復(fù)雜物鏡一般以最后一組透鏡的鏡框作為孔徑光闌；c.對(duì)于測(cè)量顯微鏡，孔闌在物鏡的象方焦面上，構(gòu)成物方遠(yuǎn)心光路。用顯微鏡觀察體時(shí)，眼瞳應(yīng)與出射光瞳重合。

若孔闌設(shè)置在物鏡像方焦面，則出瞳位于顯微系統(tǒng)后焦面上。若孔闌位置不同，與光學(xué)筒長(zhǎng)Δ相比為一小量，則出瞳可近似認(rèn)為在目鏡像方焦面附近一固定位置。第八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日2.顯微系統(tǒng)的出射光瞳直徑

顯微鏡應(yīng)滿足正弦條件，有：令NA稱為顯微鏡的數(shù)值孔徑，是表征顯微鏡特性的重要參量第九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3.顯微鏡的視場(chǎng)光闌和視場(chǎng)

在顯微物鏡的象平面上設(shè)置了視場(chǎng)光闌來(lái)限制視場(chǎng)。由于顯微物鏡的視場(chǎng)很小，而且要求象面上有均勻的照度，故不設(shè)漸暈光闌。

顯微鏡的視場(chǎng)以線視場(chǎng)，即成像物體的最大尺寸表示，它由視闌的大小決定。線視場(chǎng)y與視闌大小y′的關(guān)系為：4.顯微鏡的景深顯微鏡的放大率越高，數(shù)值孔徑越大，景深越小。

第十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日三、顯微鏡的分辨率和有效放大率1.分辨率（用分辨距離σ表示）1）兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)的分辨率：2）不發(fā)光物體的分辨率：垂直照明：傾斜照明：NA，λ時(shí)，σ，分辨率（浸液物鏡，紫光光源）第十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日2.有效放大率便于眼睛分辨的角距離為

該角距離在眼睛的明視距離250mm處所能分辨的距離σ′，可表示為：換算到物空間，，取設(shè)所用照明的平均波長(zhǎng)為0.00055mm，有近似為：顯微鏡的放大率取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。當(dāng)使用比有效放大率下限(500NA)更小的放大率時(shí)，不能看清物鏡已分辨出的某些細(xì)節(jié)。若用比有效放大率上限(1000NA)更高的放大率，是無(wú)效放大，并不能使被觀察物體的細(xì)節(jié)更清晰。

第十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日四、顯微物鏡主要光學(xué)特性參數(shù)有：1.放大率：2.數(shù)值孔徑NA：NA決定了物鏡的分辨能力4.工作距離：從物鏡的第一個(gè)面頂點(diǎn)到物面的距離。5.物鏡的通光口徑：3.線視場(chǎng)：顯微物鏡的基本類型：第十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日五、顯微目鏡主要光學(xué)特性參數(shù)有：1.視覺(jué)放大率：2.目鏡的線視場(chǎng)（由視場(chǎng)光闌的大小決定）3.鏡目距（出瞳距離）：4.目鏡的通光口徑：由漸暈系數(shù)及幾何關(guān)系決定第十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日例：一個(gè)顯微鏡物鏡的垂軸放大倍率為-3倍，數(shù)值孔徑為0.2，共軛距L為180毫米，物鏡框?yàn)榭钻@，目鏡焦距為30毫米，求⑴顯微鏡的視覺(jué)放大率⑵物鏡焦距⑶物鏡的物象距⑷出瞳直徑⑸出瞳距離（鏡目距）⑹斜入射光照明，波長(zhǎng)為0.55微米，求其分辨率⑺物鏡通光孔徑⑻系統(tǒng)的總焦距

第十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日六、顯微鏡的照明系統(tǒng)1.透明物體：利用照明系統(tǒng)發(fā)出的光線直接照射到物體上，經(jīng)過(guò)透射后，進(jìn)入顯微鏡成像。1）臨界照明：a）特點(diǎn)：●光源經(jīng)過(guò)聚光鏡所成之像與物平面重合

●相當(dāng)于物平面上置光源b）光路圖：c）缺點(diǎn)：光源表面亮度不均勻或明顯表現(xiàn)出燈絲的結(jié)構(gòu)，影響顯微鏡的觀察效果。d）要求：●聚光鏡應(yīng)有與顯微物鏡相同或稍大的NA

●聚光鏡前放置的可變光闌為聚光鏡的孔闌

●改變孔闌大小，可改變進(jìn)入物鏡光束的孔徑角，使之與物鏡的NA相適應(yīng)●瞳瞳，視場(chǎng)視場(chǎng)第十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日2）柯拉照明：a）特點(diǎn)：把光源像成在物鏡入瞳面上。b）光路圖：c）優(yōu)點(diǎn)：可消除臨界照明物平面上光照度不均勻的特點(diǎn)。d）要求：光源通過(guò)前置鏡L成像在聚光鏡前可變光闌J2上，聚光鏡再把此光源像再次成在物鏡的入瞳上；在緊靠L后面設(shè)另一可變光闌J1，具有均勻的亮度，被聚光鏡成像在物面上。調(diào)節(jié)J2，可使之與不同數(shù)值孔徑的物鏡相匹配；調(diào)節(jié)J1，可改變物平面上的照明范圍，使之能與不同倍率物鏡的視場(chǎng)相適應(yīng)。視場(chǎng)瞳，瞳視場(chǎng)第十七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日2.非透明物體的照明系統(tǒng)：不透明物體利用側(cè)面自然光或側(cè)面加小燈泡進(jìn)行照明，靠物體的反射光或散射光進(jìn)入物鏡成像。另外，利用物鏡本身兼作聚光鏡。光源經(jīng)半透半反鏡和顯微物鏡照明物體，物體的反射光再經(jīng)物鏡和半透半反鏡成像。3.暗場(chǎng)照明：利用特殊的照明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傾斜照射試樣，主要的照明光線不能進(jìn)入物鏡視場(chǎng)，而能夠進(jìn)入物鏡成像的只是試樣表面的微粒所散射或衍射的光線。第十八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日§14－8望遠(yuǎn)系統(tǒng)一、工作原理及光學(xué)特性參數(shù)光學(xué)參數(shù)：f1′、f2′、Γ、D/f′、2ω、2ω′、D、D′D物、D目、lZ′第十九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日二、視覺(jué)放大率三、分辨率及工作放大率望遠(yuǎn)鏡的分辨率用極限分辨角來(lái)表示：若設(shè)人眼的分辨率為60″

D與ψ″成反比，與分辨率成正比以上求得的視覺(jué)放大率是滿足分辨率要求的最小視覺(jué)放大率，稱之為正常放大率。

工作放大率：是正常放大率的1.5~2倍第二十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日1.開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡1）2）筒長(zhǎng)：L=f1′+f2′3）出瞳距（鏡目距）lz′四、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的光束限制第二十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日2.伽利略望遠(yuǎn)鏡五、望遠(yuǎn)物鏡主要光學(xué)參數(shù)：D/f′、f′、2ω這些特性參數(shù)決定了望遠(yuǎn)鏡的分辨率，像的主觀亮度，和系統(tǒng)的外形尺寸。第二十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日六、望遠(yuǎn)目鏡1、目鏡的視場(chǎng)角：2、鏡目距：lZ′≥6mm3、目鏡的通光口徑4、目鏡的工作距：物鏡像面到目鏡前表面的長(zhǎng)度5、視度調(diào)節(jié)范圍：一個(gè)折光度對(duì)應(yīng)的調(diào)焦量：通常，視度的調(diào)節(jié)范圍為±5折光度，則目鏡的調(diào)節(jié)深度為±5x。目鏡的工作距至少應(yīng)大于5x。

第二十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日六、透鏡轉(zhuǎn)像系統(tǒng)設(shè)置轉(zhuǎn)象系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡可以得到正立的象，放大率擴(kuò)大β倍。

第二十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日七、場(chǎng)鏡1、孔闌經(jīng)場(chǎng)鏡成一次像：2、出瞳為上述像在經(jīng)目鏡成的像：已知，求或已知